苹果片双段控湿干燥特性及干燥品质工艺研究_效碧亮.pdf

研究报告2023 年第49 卷第5 期(总第473 期)237DOI:10 13995/j cnki 11 1802/ts 030380引用格式:效碧亮，效碧彩，刘晓风 苹果片双段控湿干燥特性及干燥品质工艺研究 J 食品与发酵工业，2023，49(5):237 246XIAO Biliang，XIAO Bicai，LIU Xiaofeng Drying characteristics，quality，and process optimization of apple slices during two-stage relative humidity-controlled drying J Food and Fermentation Industries，2023，49(5):237 246苹果片双段控湿干燥特性及干燥品质工艺研究效碧亮1*，效碧彩1，刘晓风21(兰州信息科技学院 材料与化工工程学院，甘肃 兰州，730030)2(兰州理工大学 生命科学与工程学院，甘肃 兰州，730000)摘要为缩短苹果片干燥时间和控制产品品质，以多参数可控薄层干燥试验系统为手段，探索双段控湿工艺对干燥特性和品质的影响规律。以热风恒湿 20%下干燥特性和品质为对照，系统研究了双段控湿干燥工艺参数热介质相对湿度、温度、流速和预处理蒸烫时间对干燥特性和品质特性的影响，品质特性以总色差 E*值、维生素 C 含量、5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural，5-HMF)含量作为衡量指标，并采用正交试验优化了工艺参数。结果表明，在试验范围内，双段控湿相对湿度对干燥特性和干燥品质均有显著影响(P 0 05)，较优双段控湿条件为 30%保持 30 min 调至 20%，与恒湿干燥 20%相比较，所需时间缩短了 16 66%，产品 E*降低了39.71%、维生素 C 含量提高了 15 20%、5-HMF 含量与之无差异;双段控湿制干工艺参数介质温度、流速和预处理蒸烫时间对干燥特性和品质特性也有显著的影响(P 0 05)。双段控湿干燥工艺优化参数为:双段控湿 30%(30 min)调至 20%、蒸烫时间 2 min、介质温度 65、速率 0 7 m/s，此条件下制得苹果片品相较好，E*值为(9.397 0.62)，5-HMF 含量符合安全要求，为(7.403 0.66)mg/100 g，维生素 C 含量较高，为(121.951 3.07)mg/100 g;水分扩散系数 1.267 106m2/s、干燥时间 60 min;与对照恒湿 20%相比，优化工艺干燥时间缩短了(66.67 1.28)%，制干产品 E*值和 5-HMF 含量分别降低了(47.74 0.58)%和(23.28 0.74)%，维生素 C含量提高了(2.44 0.21)%。关键词苹果片;控湿干燥;干燥特性;干燥品质第一作者:硕士，副教授(通信作者，E-mail:xiaobiliang840824126 com)基金项目:甘肃省科技计划项目(18YF1NA002);甘肃省教育厅科技创新项目(2020A-185)收稿日期:2021-12-08，改回日期:2022-02-25近些年，我国苹果种植面积已超过 200 万 hm2，年产量达 4 000 万 t 以上，推动了我国果业经济快速发展。然而，苹果含水量高，贮藏期易被微生物污染，严重影响产品品质、货架期及其销售。苹果干制品因其耐贮藏、风味独特、便于携带、低脂以及营养丰富等特点深受消费者的喜爱，需求呈现逐年增长的趋势，因此，随着市场对多元化水果休闲食品、健康食品需求提升以及贸易顺差扩大，安全、营养、可口的苹果干生产工艺改善十分必要。目前常用的干燥方法包括热风干燥、真空冷冻干燥1、红外干燥2、太阳能低温吸附干燥3、气体流射干燥4、微波间歇干燥5、冰温真空干燥6 等，其中，热风干燥尽管存在品相一般、能耗相对较高等缺点，但依然是经济适用的苹果干制备方法，在行业中被普遍采用。因此，改进传统热风技术，提高苹果干产品质量和干燥效率，控制危险因子7，是该领域亟待解决的技术问题。一些研究报道表明，热风干燥过程中控制热介质湿度可显著提高干燥速率和产品质量8 9。JU等10 分别研究了干燥介质恒湿与阶段降湿 2 种干燥方式对山药片干燥特性和干燥品质的影响，以及对胡萝卜片8 干燥特性的影响，发现在山药片的干燥过程中，与恒湿 40%相比，初期相对湿度 40%保持15 min 后连续排湿制得山药较好，达到了预期效果，干燥时间缩短了 25%;在胡萝卜片的干燥过程中，发现相对湿度 50%保持 30 min 后降至 20%干至终了，其干 燥 时 间 比 恒 湿 20%缩 短 了 18 5%。有 学者11 12 分别研究了阶段双段控湿对红枣干燥特性和香菇干燥品质的影响，发现在试验范围内，提高双段控湿阶段的湿度有利于提高红枣和香菇干燥速率，以及香菇外观品质的保持。另外，关于相对湿度对意大利面品质9、胡萝卜中胡萝卜素13、香蕉褐变指数14 的影响报道，均得出以上类似结果，即相对湿度对干燥特性或品质均有不同程度的影响。鉴于尚无关于双段控湿改善苹果干干燥效率、干燥品质及其干燥工艺的研究报道，本文拟利用多参数食品与发酵工业FOOD AND FEMENTATION INDUSTIES2382023 Vol.49 No.5(Total 473)干燥试验新设备，对比研究恒湿和双段控湿干燥对干燥特性和品质的影响，提出最优改进工艺，为实际生产提供参考。1材料与方法1 1试验材料天水红富士苹果，由指定的试验基地专供，平均直径约 8 9 cm，湿基含水率约为(85 1.0)%，试验前于纸箱内 10 放置，每一批样品 1 周内使用完毕。试剂:葡萄糖标品、L-抗坏血酸标品、5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural，5-HMF)标品，上海索莱宝生物科技有限公司;硫酸铜、偏磷酸、2，6-二氯靛酚钠、三氯乙酸(trichloroacetic acid，TCA)、硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid，TBA)、NaOH(均为分析纯)，天津富裕精细化工有限公司。1 2主要设备干燥设备购自长春吉大科学仪器设备有限公司，主要由风量供给系统、加热系统、加湿系统、显示系统、控制系统等组成，结构示意图如图 1 所示。1 空气导流装置;2 实验台外壳;3 实验台内胆;4 物料仓;5 传感器仓;6 电动密封阀;7 轴流风机;8 排湿风扇;9 实验台侧板;10 空气加湿器;11 电热装置图 1薄层干燥试验台简图Fig 1Multiparameter-controlled thin-layer dryerused to dry apple slices干燥介质穿过物料层后，尾气经高性能轴流风机引出，通过顶部锥形导流板和试验台外腔均匀返回底部，再次加湿、除湿或加热后，进入实验台内腔，对物料进行循环干燥，温度传感器和温湿度传感器布置于内腔物料盘底部中心位置，温度传感器由北京昆仑中大传感器技术有限公司生产(型号 KZW/P-430A)，温湿度传感器由瑞士罗卓尼可生产(型号:HC2A-S3)。DHG-9425A 恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司;UV5100B 紫外-可见分光光度计，上海元析仪器有限公司;DZF-6020 真空干燥箱，宁波江南仪器厂;NS800 分光测色仪，深圳市三恩时科技有限公司。1 3试验方法随机取一定量苹果，去皮后沿果芯平均分为 4份，每块被横向切成 3 mm 薄片后均匀混合，称取一部分蒸烫 1 6 min 后置于实验台干燥，试样被干至含水量约为(3 0 5)%(湿基)时结束干燥，干燥过程中每隔 30 min 测定物料温度并称重，称重在30 s 内完成。干样用粉碎机打成粉末，过 60 目筛，用于理化指标测定。剩余鲜切片用于鲜样理化指标测定。根据预实验和相关文献11 14，主要研究了介质湿度、预处理蒸烫时间、介质温度、介质速率对苹果片干燥特性和干燥品质的影响规律，选择具有安全隐患14 的 5-HMF、受热敏感的维生素 C、影响品相的总色差 E*值衡量产品的品质。首先研究双段控湿对干燥特性及干燥品质的影响，以恒湿 20%、蒸烫时间16 min、热介质温度 60、热介质速率 0 7 m/s 为对照，确定双段控湿较优湿度;然后研究双段控湿工艺参数蒸烫时间、介质温度和介质流速对苹果片干燥特性和干燥品质的影响，具体试验设计见表 1;最后采用正交试验优化苹果片双段控湿的干燥工艺，并以恒湿 20%为对照，比较优化工艺参数下干燥速率和干燥品质，正交试验因素水平见表 2。表 1单因素干燥特性的试验Table 1Design of single factor test for drying characteristic因素水平固定条件双段控湿/%10%30 min 20%20%30 min 20%30%30 min 20%40%30 min 20%50%30 min 20%16 min、60、07 m/s蒸烫时间/min1 01 316202360、07 m/s、50%30 min 20%介质温度/556065708016 min、0 7 m/s、50%30 min 20%介质流速/(ms1)0 30 507080916 min、60、50%30 min 20%注:表中固定条件1 6 min、60、0 7 m/s、50%30 min 20%分别表示蒸烫时间、介质温度、介质速率和介质湿度，其中50%30 min 20%表示干燥过程双段控湿条件，即第一阶段相对湿度为 50%，第二阶段调至 20%干至终了研究报告2023 年第49 卷第5 期(总第473 期)239表 2正交试验因素水平表Table 2Factors and level of orthogonal test因素水平10+1双段控湿/%30%30 min 20%40%30 min 20%50%30 min 20%蒸烫时间/min1 62 023介质温度/606570介质流速/(ms1)0 60 7081 4干燥特性苹果制干过程任意 t 时刻干基含水率与物料初始干基含水率之比为水分比(moisture ratio，M)，计算如公式(1)所示:M=MtMo(1)式中:M0，苹果初始干基含水率，%;Mt，苹果在 t 时刻的干基含水率，%。干燥速率(drying rate，D)计算如公式(2)所示:D=Mt1 Mt2t2 t1(2)式中:D，苹果干燥过程中 t1和 t2之间物料降水率，%/h;Mt1和 Mt2分别为 t1和 t2时刻的干基含水率，%。干基含水率(Mt)计算如公式(3)所示:Mt/%=mt GG100(3)式中:mt，干燥过程任意 t 时刻物料总质量，g;G，干物质质量，g。水分有效扩散系数采用公式(4)计算15:M=82exp2Deff4L2()t(4)将公式(4)两端取自然对数得公式(5):lnM=ln822Deff4L2t(5)由公式(5)可以看出，lnM 与时间 t 呈线性关系，有效水分扩散系数(Deff)可由其斜率求出。1 5品质特性1 5 1维生素 C 含量测定采用 GB 5009 862016食品安全国家标准 食品中抗坏血酸 第三法 2，6-二氯靛酚滴定法测定。1 5 25-HMF 含量测定参考文献 16 的方法，取各实验组 1 00 g 样品现磨粉末，加入 20 mL 90%乙醇溶液，置于冰上研磨1 min，4、5 100 r/min 离心 1 min，收集合并上清液，避光、置于冰箱中保存待用。样液 5-HMF 含量测定:取上清液 2 mL，依次加入 TCA 2 mL，TBA 2 mL，摇匀，置于 40 水浴锅中，反应 50 min，取出冷却后，在 443 nm 处测定吸光值。1 5 3色度差的测定采用分光测色仪进行色差的测定，以鲜苹果为对照，将干样粉碎后测定，每组实验平均测定 3 次，取其平均值。通过明亮度 L*，红绿值 a*和蓝黄值 b*综合评价差异值 E*。计算如公式(6)所示17:E*